JP6647469B1 - ワイヤ放電加工装置 - Google Patents

Abstract

ワイヤ放電加工装置（１）が、円柱状のインゴット（３０ａ，３０ｂ）を同一平面内に並列に並べて保持する被加工物保持具（５０）と、インゴット（３０ａ，３０ｂ）のそれぞれに対向するよう直線状に配置されるとともに、インゴット（３０ａ，３０ｂ）と対向する位置で、インゴット（３０ａ，３０ｂ）にワイヤ放電加工を行うワイヤ電極（１２）と、ワイヤ電極（１２）に沿った位置で且つインゴット（３０ａ，３０ｂ）を挟んで対向する位置に配置され、ワイヤ電極（１２）に沿ってインゴット（３０ａ，３０ｂ）に加工液（７０）を噴射する一対の加工液供給ホース（２０ａ，２０ｂ）と、を備え、インゴット（３０ａ，３０ｂ）は、直径が同じ大きさであり、被加工物保持具（５０）は、２つのインゴット（３０ａ，３０ｂ）の円柱軸（３５ａ，３５ｂ）の間隔が、直径をＤとした場合に１．２Ｄ以上かつ２Ｄ以下となるよう、インゴット（３０ａ，３０ｂ）を保持する。

Description

本発明は、１本のワイヤで複数のインゴットを同時にワイヤ放電加工するワイヤ放電加工装置に関する。

ワイヤ放電加工装置の１つに、被加工物であるインゴットを２つ並列に並べ、１本のワイヤで２つのインゴットを同時にワイヤ放電加工する装置がある。特許文献１に記載のワイヤ放電加工装置は、１本のワイヤ電極を４つのガイドローラ間に巻回させて並列させることで複数のワイヤ切断部分を形成し、それぞれのワイヤ切断部分に個別に給電している。このワイヤ放電加工装置は、各ワイヤ切断部分に加工液を供給しながら、各ワイヤ切断部分とインゴットとの間で同時に放電させることにより、２つのインゴットを同時に切断するとともに、各インゴットを一度に複数枚に切断している。

特開２０１５−４７６８５号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、２つのインゴットの中心間の間隔が狭すぎる場合には、一方のインゴットに供給された加工液と、他方のインゴットに供給された加工液とが衝突して、各インゴットの加工溝内部で加工液の滞留が生じ、切削屑の除去が阻害される場合があった。また、２つのインゴットの中心間の間隔が広すぎる場合には、加工中のワイヤ振動が大きくなり、切断加工の精度が低下する場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、並列に配置された複数のインゴットを１本のワイヤで同時にワイヤ放電加工する場合であっても、隣接するインゴットに供給された加工液同士が衝突することを抑制しつつ、精度の良い切断加工ができるワイヤ放電加工装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のワイヤ放電加工装置は、円柱状の第１の被加工物および円柱状の第２の被加工物を同一平面内に並列に並べて保持する保持部と、第１の被加工物および第２の被加工物のそれぞれに対向するよう直線状に配置されるとともに、第１の被加工物および第２の被加工物と対向する位置で、第１の被加工物および第２の被加工物にワイヤ放電加工を行うワイヤ電極と、を備えている。また、本発明のワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極に沿った位置で且つ第１の被加工物および第２の被加工物を挟んで対向する位置に配置され、ワイヤ電極に沿って第１の被加工物および第２の被加工物に加工液を噴射する一対の加工液供給部を備えており、第１の被加工物および第２の被加工物は、直径が同じ大きさであり、保持部は、第１の被加工物の円柱軸と第２の被加工物の円柱軸との間の間隔が、直径をＤとした場合に１．２Ｄ以上かつ２Ｄ以下となるよう、第１の被加工物および第２の被加工物を保持する。

本発明にかかるワイヤ放電加工装置は、並列に配置された複数のインゴットを１本のワイヤで同時にワイヤ放電加工する場合であっても、隣接するインゴットに供給された加工液同士が衝突することを抑制しつつ、精度の良い切断加工ができるという効果を奏する。

実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置の構成を示す図 実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置が加工するインゴットの配置位置を説明するための図 実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置が加工するインゴットの加工溝を説明するための図 実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置のノズルから噴射される加工液の流れを説明するための図 実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置におけるインゴットの配置位置の数値解析モデルを説明するための図 実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置に対する数値解析の解析結果を説明するための図 実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置に対して理論式を用いてワイヤ電極の振幅を計算した場合の計算結果を示す図

以下に、実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置の構成を示す図である。図１において、紙面内の横方向がＸ方向であり、紙面内の上方向がＺ方向であり、紙面に対する手前方向がＹ方向である。Ｚ方向は、鉛直方向と反対の方向であり、ＸＹ平面は、水平面である。図２は、実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置が加工するインゴットの配置位置を説明するための図である。図２では、インゴット３０ａ，３０ｂをＹ方向から見た場合のインゴット３０ａ，３０ｂの断面図を示している。

ワイヤ放電加工装置１は、１本のワイヤで複数のインゴットを同時にワイヤ放電加工する装置である。本実施の形態では、ワイヤ放電加工装置１が、１本のワイヤで２つのインゴット３０ａ，３０ｂを同時にワイヤ放電加工する場合について説明する。

ワイヤ放電加工装置１は、円柱状のインゴット３０ａ，３０ｂの直径をＤとした場合に、２つのインゴット３０ａ，３０ｂのワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離Ｘｄが０．２Ｄ以上かつ１Ｄ以下の間隔となるようインゴット３０ａ，３０ｂを配置した状態で切断加工する。接線Ｔａは、インゴット３０ａのワイヤ電極１２に垂直な接線のうち、インゴット３０ｂに近い側の鉛直方向の接線であり、接線Ｔｂは、インゴット３０ｂのワイヤ電極１２に垂直な接線のうち、インゴット３０ａに近い側の鉛直方向の接線である。すなわち、インゴット３０ａ，３０ｂの間の最短の距離Ｘｄ（Ｘ方向の距離）が０．２Ｄ以上かつ１Ｄ以下の間隔となっている。換言すると、ワイヤ放電加工装置１は、インゴット３０ａ，３０ｂが有する円の中心のうちＹ座標が同じ中心の間隔が、１．２Ｄ以上かつ２Ｄ以下の間隔である。この場合のインゴット３０ａの円と、インゴット３０ｂの円とは、同一のＸＺ平面内の円である。すなわち、インゴット３０ａの円柱軸３５ａとインゴット３０ｂの円柱軸３５ｂとの間の間隔が１．２Ｄ以上かつ２Ｄ以下となっている。円柱軸３５ａは、円柱状のインゴット３０ａの上面の中心および底面の中心を通る軸であり、円柱軸３５ｂは、円柱状のインゴット３０ｂの上面の中心および底面の中心を通る軸である。すなわち、円柱軸３５ａは、インゴット３０ａの母線に平行な軸（インゴット３０ａの高さ方向に延びる軸）であり、円柱軸３５ｂは、インゴット３０ｂの母線に平行な軸（インゴット３０ｂの高さ方向に延びる軸）である。これにより、後述するように、インゴット３０ａ，３０ｂの両側から供給される加工液７０の噴流７１ａ，７１ｂの衝突を抑制し、インゴット３０ａ，３０ｂの加工溝内部で加工液７０の滞流が発生することを防止しつつ、切断加工の精度を維持する。

ワイヤ放電加工装置１は、繰出し用ボビン１１、ワイヤ電極１２、巻掛ガイドローラ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ、巻取り用ボビン１４、位置決めガイドローラ１５ａ，１５ｂ、給電子１７ａ，１７ｂ、ノズル１９ａ，１９ｂ、加工液供給ホース２０ａ，２０ｂ、加工ステージ４０、被加工物保持具５０、および加工槽６０を備えている。

ワイヤ放電加工装置１では、加工槽６０内の加工ステージ４０上にインゴット３０ａ，３０ｂを保持する被加工物保持具５０が配置され、加工槽６０内に加工液７０が満たされる。ワイヤ放電加工装置１の例は、マルチワイヤ放電加工装置である。

繰出し用ボビン１１、ワイヤ電極１２、巻掛ガイドローラ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ、巻取り用ボビン１４、および位置決めガイドローラ１５ａ，１５ｂは、Ｙ方向に延びる円柱状の部材で構成されている。繰出し用ボビン１１は、ワイヤ電極１２を繰出し、巻掛ガイドローラ１３ａ〜１３ｄは、ワイヤ電極１２が巻き付けられ、巻取り用ボビン１４は、ワイヤ電極１２を巻取る。位置決めガイドローラ１５ａ，１５ｂは、ワイヤ電極１２の位置決めを行う。

本実施の形態におけるワイヤ放電加工装置１では、繰出し用ボビン１１から繰り出された１本のワイヤ電極１２が、順次、複数の巻掛ガイドローラ１３ａ，１３ｄ，１３ｃ，１３ｂ間を、複数回、微小な間隔を隔てて巻回されている。換言すると、巻掛ガイドローラ１３ａ〜１３ｄのそれぞれには、１本のワイヤ電極１２が順次巻き掛けられ、ワイヤ電極１２が、ワイヤ電極１２の軸線方向（Ｘ方向）に平行に並ぶよう配置されている。ワイヤ電極１２のうち、インゴット３０ａ，３０ｂを切断する部分（インゴット３０ａ，３０ｂに対向する部分）がワイヤ切断部である。

すなわち、ワイヤ電極１２は、複数のワイヤ切断部を形成する。複数のワイヤ切断部は、互いに離間して並列に設けられ、かつ、インゴット３０ａ，３０ｂにそれぞれ対向する。このワイヤ電極１２が巻回されて形成されたワイヤ切断部の間隔が、インゴット３０ａ，３０ｂの加工幅、すなわち切断される加工物（インゴット３０ａ，３０ｂから切断された薄板）の厚さとなる。このように、ワイヤ電極１２は、インゴット３０ａ，３０ｂのそれぞれに対向するよう直線状に配置されるとともに、インゴット３０ａ，３０ｂと対向する位置で、インゴット３０ａ，３０ｂにワイヤ放電加工を行う。

ワイヤ放電加工装置１は、加工液７０が満たされた加工槽６０の中に、ワイヤ電極１２、巻掛ガイドローラ１３ｃ，１３ｄ、巻取り用ボビン１４、位置決めガイドローラ１５ａ，１５ｂ、給電子１７ａ，１７ｂ、ノズル１９ａ，１９ｂ、加工液供給ホース２０ａ，２０ｂ、加工ステージ４０、被加工物保持具５０、インゴット３０ａ，３０ｂを浸漬した状態で、ワイヤ切断部を予め定める間隔だけ離間させてインゴット３０ａ，３０ｂに対向させて配置し、ワイヤ切断部とインゴット３０ａ，３０ｂとの間に電圧を印加する。そして、ワイヤ放電加工装置１は、インゴット３０ａ，３０ｂをワイヤ切断部に対して切断方向への加工送りを行うことによって、インゴット３０ａ，３０ｂをワイヤ切断部によって放電切断する。すなわち、ワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ電極１２と、被加工物保持具５０によって保持されているインゴット３０ａ，３０ｂとを相対的に加工送りさせる駆動機構（図示せず）を有している。これによって、インゴット３０ａ，３０ｂが、それぞれ同時に複数枚の薄板に加工される。

被加工物であるインゴット３０ａ，３０ｂは、直径が同じ大きさの柱状であり、本実施の形態では円柱状である。インゴット３０ａ，３０ｂは、Ｙ方向が軸方向となるよう、加工槽６０内の被加工物保持具５０によって並列に並べて保持される。インゴット３０ａ，３０ｂは、複数の薄板にスライスされる素材である。インゴット３０ａ，３０ｂは、たとえば、スパッタリングターゲットとなるタングステン、モリブデンなどの金属であってもよいし、各種構造部材として使われる多結晶シリコンカーバイドなどのセラミックスであってもよい。また、インゴット３０ａ，３０ｂは、半導体デバイスウエハとなる単結晶シリコンであってもよいし、単結晶シリコンカーバイド、ガリウムナイトライドなどの半導体素材であってもよいし、太陽電池ウエハとなる、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの太陽電池素材であってもよい。

図１では、１本のワイヤ電極１２を複数の巻掛ガイドローラ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄに巻回した場合について示しているが、この場合に限定されない。すなわち、１本のワイヤ電極１２を折り返すことによって、複数のワイヤ切断部を形成可能であれば、その具体的な構成については特に限定されない。なお、ワイヤ切断部は、インゴット３０ａ，３０ｂに１箇所ずつであってもよい。

本実施の形態においては、複数の巻掛ガイドローラ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、円柱状をなしており、それぞれ、各軸線が延びる方向（Ｘ方向）に対して垂直なＹ方向に向かって互いに平行となるよう離間して配置されている。本実施の形態では、４つの巻掛ガイドローラ１３ａ〜１３ｄが配置されているが、巻掛ガイドローラ１３ａ〜１３ｄの個数は、２個、３個、または５個以上でもよい。以下の説明では、４つの巻掛ガイドローラ１３ａ〜１３ｄを区別する場合には、それぞれ「第１の巻掛ガイドローラ１３ａ」、「第２の巻掛ガイドローラ１３ｂ」、「第３の巻掛ガイドローラ１３ｃ」、「第４の巻掛ガイドローラ１３ｄ」という。

第１の巻掛ガイドローラ１３ａおよび第２の巻掛ガイドローラ１３ｂは、第３の巻掛ガイドローラ１３ｃおよび第４の巻掛ガイドローラ１３ｄよりも高い位置に設けられる。また、第３の巻掛ガイドローラ１３ｃおよび第４の巻掛ガイドローラ１３ｄは、インゴット３０ａ，３０ｂの位置よりも高く、第１の巻掛ガイドローラ１３ａおよび第２の巻掛ガイドローラ１３ｂよりも低い位置に並んで設けられる。

繰出し用ボビン１１から出されたワイヤ電極１２は、第１から第４の巻掛ガイドローラ１３ａ〜１３ｄ間において予め定める回数を巻回された後に、巻取り用ボビン１４に巻き取られる。

図１に示すように、ワイヤ電極１２は、第３の巻掛ガイドローラ１３ｃと第４の巻掛ガイドローラ１３ｄとの間のワイヤ部Ｒがワイヤ切断部として、インゴット３０ａ，３０ｂと対向することが可能に配置されている。ワイヤ放電加工装置１ではワイヤ切断部に対して、微小間隔を隔ててインゴット３０ａ，３０ｂを対向させ、放電加工を行う。

ワイヤ切断部と第３の巻掛ガイドローラ１３ｃとの間、およびワイヤ切断部と第４の巻掛ガイドローラ１３ｄとの間には、ワイヤ電極１２の振動を抑制するための複数の位置決めガイドローラ１５ａ，１５ｂがそれぞれ配置されている。以下の説明では、２つの位置決めガイドローラ１５ａ，１５ｂを区別する場合には、それぞれ、「第１の位置決めガイドローラ１５ａ」、「第２の位置決めガイドローラ１５ｂ」という。

第１の位置決めガイドローラ１５ａは、ワイヤ切断部と第３の巻掛ガイドローラ１３ｃとの間に設けられる。第１の位置決めガイドローラ１５ａは、第１の位置決めガイドローラ１５ａの軸方向が、第３の巻掛ガイドローラ１３ｃの軸方向に平行になるように、第３の巻掛ガイドローラ１３ｃから離間して配置されている。

第２の位置決めガイドローラ１５ｂは、ワイヤ切断部と第４の巻掛ガイドローラ１３ｄとの間に設けられる。第２の位置決めガイドローラ１５ｂは、第２の位置決めガイドローラ１５ｂの軸方向が、第４の巻掛ガイドローラ１３ｄの軸方向に平行になるように、第４の巻掛ガイドローラ１３ｄから離間して配置されている。

このように、ワイヤ電極１２は、繰出し用ボビン１１、巻掛ガイドローラ１３ａ、巻掛ガイドローラ１３ｄ、給電子１７ｂ、位置決めガイドローラ１５ｂ、位置決めガイドローラ１５ａ、給電子１７ａ、巻掛ガイドローラ１３ｃ、巻掛ガイドローラ１３ｂ、巻取り用ボビン１４の順に接触するよう、巻掛ガイドローラ１３ａ〜１３ｄに巻回されている。

給電子１７ａは、第３の巻掛ガイドローラ１３ｃと第１の位置決めガイドローラ１５ａとの間に配置され、給電子１７ｂは、第４の巻掛ガイドローラ１３ｄと第２の位置決めガイドローラ１５ｂとの間に配置されている。

ワイヤ電極１２のうち、第３の巻掛ガイドローラ１３ｃと第１の位置決めガイドローラ１５ａとの間の部分、および、第４の巻掛ガイドローラ１３ｄと第２の位置決めガイドローラ１５ｂとの間の部分は、放電加工を行うための加工用電圧が印加されて電流が供給される給電ワイヤ部となっている。

ワイヤ電極１２の給電ワイヤ部には、図示しない加工用電源から給電子１７ａ，１７ｂを介して、放電加工を行うためのパルス状の加工用電圧（高周波パルス電力）が印加されて、電流が供給される。これによって、ワイヤ切断部とインゴット３０ａ，３０ｂとの間に加工用電圧が印加される。

給電子１７ａ，１７ｂは、ワイヤ電極１２で構成されるワイヤ切断部の本数分が設けられる。複数の給電子１７ａ，１７ｂは、それぞれ絶縁され、インゴット３０ａ，３０ｂの両側に整列配置されて、給電子ユニットを構成する。

第３の巻掛ガイドローラ１３ｃと第１の位置決めガイドローラ１５ａとの間に配置される給電子が給電子１７ａであり、Ｙ方向に並ぶ給電子１７ａで構成される給電子群が第１の給電子ユニットである。また、第４の巻掛ガイドローラ１３ｄと第２の位置決めガイドローラ１５ｂとの間に配置される給電子が給電子１７ｂであり、Ｙ方向に並ぶ給電子１７ｂで構成される給電子群が第２の給電子ユニットである。

ワイヤ放電加工装置１は、各給電子１７ａ，１７ｂによって、各ワイヤ切断部に独立して電圧を印加できる構成となっている。並列するワイヤ切断部に対して、独立に電圧を印加できる複数の加工用電源ユニットは、ワイヤ放電加工装置１の図示しない制御装置に接続される。加工用電源ユニットは、制御装置の指示に従って、対応する給電子１７ａ，１７ｂを介して、対応するワイヤ切断部に電圧を印加する。本実施の形態のワイヤ放電加工装置１における電圧の印加極性は、従来のワイヤ放電加工装置と同様に、必要に応じて適宜反転可能となっている。

ワイヤ電極１２のうち、第１の位置決めガイドローラ１５ａと第２の位置決めガイドローラ１５ｂとの間のワイヤ部Ｒの一部が、ワイヤ切断部となる。一対のノズル１９ａ，１９ｂは、直線状のワイヤ部Ｒに沿ってインゴット３０ａ，３０ｂに加工液７０を噴射する加工液供給部である。ノズル１９ａは、第１の位置決めガイドローラ１５ａとインゴット３０ａとの間に配置され、ノズル１９ｂは、第２の位置決めガイドローラ１５ｂとインゴット３０ｂとの間に配置されている。

また、ノズル１９ａには、加工液供給ホース２０ａが接続され、ノズル１９ｂには、加工液供給ホース２０ｂが接続されている。ノズル１９ａは、ワイヤ部Ｒに沿ってインゴット３０ａに加工液７０を噴射することによってインゴット３０ａの加工屑を除去し、ノズル１９ｂは、ワイヤ部Ｒに沿ってインゴット３０ｂに加工液７０を噴射することによってインゴット３０ｂの加工屑を除去する。ノズル１９ａ，１９ｂは、ワイヤ電極１２と接触して短絡しないように、電気的な絶縁材料で作製されるか、アルマイト処理などの電気的絶縁処理が施される。

加工液供給ホース２０ａ，２０ｂからノズル１９ａ，１９ｂの内部に流入する加工液７０は、ワイヤ部Ｒの位置でノズル１９ａ，１９ｂの外部に噴出される。ノズル１９ａ，１９ｂから加工液７０が噴出される方向には、ワイヤ放電加工された加工溝があり、加工液７０は加工溝内部に侵入する。加工溝内部に供給された加工液７０は、加工溝内部の加工屑を除去しながら、インゴット３０ａ，３０ｂの間の空間に放出される。

インゴット３０ａ，３０ｂは、軸方向がＹ方向となるよう被加工物保持具５０によって保持される。すなわち、保持部である被加工物保持具５０は、インゴット３０ａ，３０ｂを同一平面内に並列に並べて保持する。このとき、被加工物保持具５０は、インゴット３０ａ，３０ｂの直径を直径Ｄとした場合に、２つのインゴット３０ａ，３０ｂのワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離Ｘｄが０．２Ｄ以上かつ１Ｄ以下となる間隔をインゴット３０ａ，３０ｂ間に設けてインゴット３０ａ，３０ｂを固定する。

また、インゴット３０ａ，３０ｂは、図示しない位置制御装置によって、第１から第４の巻掛ガイドローラ１３ａ〜１３ｄ間に巻回されたワイヤ電極１２と微小間隙を隔てるように位置が制御されている。この制御によって、適正な放電ギャップ長が維持される。

図３は、実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置が加工するインゴットの加工溝を説明するための図である。図４は、実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置のノズルから噴射される加工液の流れを説明するための図である。図３において、紙面内の横方向がＸ方向であり、紙面内の下方向がＹ方向であり、紙面に対する手前方向がＺ方向である。紙面の奥方向は、鉛直方向であり、ＸＹ平面は、水平面である。放電加工により、インゴット３０ａ，３０ｂに、図３に示すようなワイヤ部Ｒの直径Ｄよりも数μｍ〜数十μｍ程度幅が広い加工溝Ｃが形成される。

このような構成によれば、図４に示す通り、インゴット３０ａ，３０ｂの両側に設置されたノズル１９ａ，１９ｂから同時に加工液７０の噴流７１ａ，７１ｂが噴射され、噴流７１ａ，７１ｂが、加工溝Ｃの内部を直線状のワイヤ部Ｒに沿って通過し、加工溝Ｃの内部からワイヤ部Ｒに沿って噴出される。ここで、加工液７０の噴流７１ａ，７１ｂ同士が、ノズル１９ａ，１９ｂと同軸上にある衝突点Ｐで衝突すると、衝突点Ｐ付近にて、噴流７１ａ，７１ｂが衝突点Ｐの周囲に拡散されるような流れが形成される。この場合において、２つのインゴット３０ａ，３０ｂが、ワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離ＸｄがＸｄ≧０．２Ｄとなるよう離されて固定されているので、衝突点Ｐ付近で発生する、加工液７０の滞留に伴う加工溝Ｃの内部を流れる加工液７０の噴流７１ａ，７１ｂの流速の低下を抑制することができる。これにより、加工溝Ｃの内部での加工液７０の噴流７１ａ，７１ｂの滞留が抑制できる。したがって、インゴット３０ａ，３０ｂの加工溝Ｃに向けて噴射された加工液７０の噴流７１ａ，７１ｂの勢いが加工溝Ｃの内部で維持されるので、噴射された加工液７０の噴流７１ａ，７１ｂは、加工溝Ｃの内部の加工屑を十分な流速を維持した状態で除去することができる。また、２つのインゴット３０ａ，３０ｂのワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離ＸｄがＸｄ≦１Ｄで固定されているので、加工中のワイヤ振動の振幅増大を抑制し、切断加工の精度を保つことができる。

つぎに、２つのインゴット３０ａ，３０ｂのワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離Ｘｄとして、０．２Ｄ以上かつ１Ｄ以下の間隔を設けた理由について説明する。切断後の板厚が板厚３ｍｍであり且つ直径５０ｍｍのインゴット３次元モデルと、切断後の板厚が板厚３ｍｍであり且つ直径１００ｍｍのインゴット３次元モデルとを作成し、２つのインゴット３次元モデルを用いて、インゴットの設置間隔による加工溝内部の加工液流れの変化を数値解析によって調べた。

図５は、実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置におけるインゴットの配置位置の数値解析モデルを説明するための図である。図５では、インゴット３０ａ，３０ｂをＹ方向から見た場合のインゴットモデルを示している。以下では、インゴットモデルの配置位置を解析する数値解析モデルの概要およびインゴット３０ａ，３０ｂの配置位置の境界条件について説明する。

第１のインゴットモデルは、前述の板厚３ｍｍ、直径５０ｍｍのインゴット３Ｄモデルであり、第２のインゴットモデルは、前述の板厚３ｍｍ、直径１００ｍｍのインゴット３Ｄモデルである。

加工液７０は水とし、乱流モデルには標準ｋ‐εモデルを使用した。ノズル１９ａ，１９ｂから噴出される加工液７０の流量は直径５０ｍｍのインゴットでは１０Ｌ／ｍｉｎ、直径１００ｍｍのインゴットでは２０Ｌ／ｍｉｎとした。解析では加工溝幅を０．１５ｍｍとし、切断加工が８割進んだ状況を模擬するため、第１のインゴットモデル（インゴット３０ａ，３０ｂが直径５０ｍｍである場合のインゴット３Ｄモデル）では、加工溝深さＦを４０ｍｍとし、第２のインゴットモデル（インゴット３０ａ，３０ｂが直径１００ｍｍである場合のインゴット３Ｄモデル）では、加工溝深さＦを８０ｍｍとした。これらの、第１のインゴットモデルおよび第２のインゴットモデルによって、インゴット３０ａ，３０ｂの設置間隔であるワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離Ｘｄを変化させたときの加工溝内部の加工液流れの変化を検証した。

なお、図５では、加工液７０の流速を測定する位置を位置９０で示している。以下の説明では、直径５０ｍｍである場合のインゴット３０ａ，３０ｂを、第１のインゴット組といい、直径１００ｍｍである場合のインゴット３０ａ，３０ｂを、第２のインゴット組という場合がある。

図６は、実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置に対する数値解析の解析結果を説明するための図である。図５では、ワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離Ｘｄをインゴット３０ａ，３０ｂの直径Ｄで正規化した値Ｚを横軸とし、加工溝出口付近（位置９０）の流速を縦軸とし、値Ｚと流速との関係がプロットされている。図６において、丸形状の印４１が、第１のインゴット組の値Ｚと流速との関係を示し、四角形状の印４２が、第２のインゴット組の値Ｚと流速との関係を示している。また、図６では、第１のインゴット組の流速の最大値を最大値５１で示し、第２のインゴット組の流速の最大値を最大値５２で示している。また、図６では、第１のインゴット組の流速の最大値の７０％の値を値６１で示し、第２のインゴット組の流速の最大値の７０％の値を値６２で示している。

図６に示すように、インゴットの直径Ｄの大きさに因らず、ワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離Ｘｄが広がる程、加工溝出口付近（位置９０）での流速が大きくなることが分かる。ここで、ワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離Ｘｄを直径Ｄで正規化した値Ｚが５分の１以上のとき、加工溝出口付近での流速が最大流速の７０％以上の大きさとなることが分かる。したがって、ワイヤ放電加工装置１は、２つのインゴット３０ａ，３０ｂのワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離Ｘｄを０．２Ｄ以上にしてワイヤ放電加工を行う。

ここで、インゴットの放電加工時には、ワイヤ部Ｒには静電引力ｑが働くことが知られている。また、この静電引力ｑを起因としてワイヤ部Ｒに振動が発生する。この静電引力ｑによるワイヤ部Ｒの振動が切断加工の精度に影響を与える。よって、このワイヤ部Ｒの振動を小さくすることが重要となる。ワイヤ部Ｒの振幅δは、外力が作用する弦として近似することで、ワイヤ部Ｒ上の最大変位は、以下の式（１）で概算できることが知られている。

δ＝（ｑｈ²）／８Ｔ・・・（１）

式（１）におけるＴはワイヤ部Ｒの張力であり、ｈはワイヤ部Ｒの長さであり、ｑはワイヤ部Ｒにかかる静電引力である。例えば、インゴットの直径Ｄ＝１００ｍｍ、張力Ｔ＝１０Ｎ、静電引力ｑ＝０．０１Ｎ／ｍの条件下でインゴットが放電加工された場合、ワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離Ｘｄを０〜３Ｄまで変化させたときの振幅δは式（１）より図７のようになる。図７は、実施の形態にかかるワイヤ放電加工装置に対して理論式を用いてワイヤ電極１２の振幅を計算した場合の計算結果を示す図である。インゴットのワイヤ放電加工における振幅δは、２０μｍ以下に抑える必要があるので、図７より、ワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離Ｘｄは１Ｄ以下に抑える必要があることが分かる。

なお、本実施の形態では、ワイヤ放電加工装置１がマルチワイヤ放電加工装置である場合について説明したが、ワイヤ放電加工装置１は、１本のワイヤ電極１２でインゴット３０ａ，３０ｂに１箇所ずつの加工を行うワイヤ放電加工装置であってもよい。

このように、本実施の形態では、インゴット３０ａ，３０ｂの直径Ｄに対してワイヤ電極１２に垂直な接線Ｔａ，Ｔｂ間の距離Ｘｄとして０．２Ｄ以上かつ１Ｄ以下の間隔をあけて切断加工するので、インゴット３０ａ，３０ｂの両側から供給される加工液７０の衝突を抑制できる。すなわち、並列に配置されたインゴット３０ａ，３０ｂを１本のワイヤ電極１２で同時にワイヤ放電加工する場合であっても、隣接するインゴット３０ａ，３０ｂに供給された加工液７０同士が衝突することを抑制できる。そして、加工液７０同士が衝突することを抑制できるので、加工屑を加工溝内部で滞留させることなく除去することが可能になる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ワイヤ放電加工装置、１１ 繰出し用ボビン、１２ ワイヤ電極、１３ａ〜１３ｄ 巻掛ガイドローラ、１４ 巻取り用ボビン、１５ａ，１５ｂ 位置決めガイドローラ、１７ａ，１７ｂ 給電子、１９ａ，１９ｂ ノズル、２０ａ，２０ｂ 加工液供給ホース、３０ａ，３０ｂ インゴット、３５ａ，３５ｂ 円柱軸、４０ 加工ステージ、５０ 被加工物保持具、６０ 加工槽、７０ 加工液、７１ａ，７１ｂ 噴流、Ｃ 加工溝、Ｆ 加工溝深さ、Ｐ 衝突点、Ｒ ワイヤ部、Ｘｄ 距離。

Claims (2)

1. 円柱状の第１の被加工物および円柱状の第２の被加工物を同一平面内に並列に並べて保持する保持部と、
   前記第１の被加工物および前記第２の被加工物のそれぞれに対向するよう直線状に配置されるとともに、前記第１の被加工物および前記第２の被加工物と対向する位置で、前記第１の被加工物および前記第２の被加工物にワイヤ放電加工を行うワイヤ電極と、
   前記ワイヤ電極に沿った位置で且つ前記第１の被加工物および前記第２の被加工物を挟んで対向する位置に配置され、前記ワイヤ電極に沿って前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に加工液を噴射する一対の加工液供給部と、
   を備え、
   前記第１の被加工物および前記第２の被加工物は、直径が同じ大きさであり、
   前記保持部は、前記第１の被加工物の円柱軸と前記第２の被加工物の円柱軸との間の間隔が、前記直径をＤとした場合に１．２Ｄ以上かつ２Ｄ以下となるよう、前記第１の被加工物および前記第２の被加工物を保持する、
   ことを特徴とするワイヤ放電加工装置。
2. 前記ワイヤ電極のうちの前記ワイヤ放電加工を行う箇所であるワイヤ切断部は、前記第１の被加工物および前記第２の被加工物に対して、それぞれ複数箇所であり、前記ワイヤ電極は、マルチワイヤ放電加工を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工装置。

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